V osrednjih komponentah gorivnih celic igrajo bipolarne plošče ključno vlogo. Ne le, da prevajajo električni tok, temveč služijo tudi za ločevanje posameznih celičnih enot, porazdelitev plinov in odvajanje toplote. Z nenehnim napredkom tehnologije gorivnih celic se je razširila tudi raznolikost materialov bipolarnih plošč, ki jih najdemo v aplikacijah, kot so elektrolizatorji in pretočne baterije. Med običajne materiale bipolarnih plošč spadajo kovine, grafit in kompozitni grafit, vsak s svojimi edinstvenimi prednostmi in slabostmi ter je primeren za različne scenarije uporabe.
1. Kovinska bipolarna plošča
Kovinske bipolarne plošče so med najzgodnejšimi materiali, uporabljenimi v gorivnih celicah. Med običajne kovinske materiale spadajo nerjavno jeklo, titanove zlitine in aluminijeve zlitine. Te kovine kažejo odlično mehansko trdnost in električno prevodnost, zaradi česar so se pogosto uporabljale v zgodnjih aplikacijah gorivnih celic.
Prednosti
- Visoka prevodnost: Kovinski materiali kažejo odlično električno prevodnost, kar pomaga izboljšati splošno učinkovitost gorivnih celic.
- Močna mehanska trdnost: Kovinske bipolarne plošče imajo visoko mehansko trdnost, kar jim omogoča, da prenesejo večji pritisk in zunanje vplive, zaradi česar so primerne za uporabo v velikih količinah.
- Dobra obdelovalnost: Kovinske materiale je mogoče enostavno oblikovati z žigosanjem, laserskim rezanjem in drugimi proizvodnimi postopki, kar ima za posledico nižje stroške in večjo proizvodno učinkovitost.
Slabosti
- Slaba odpornost proti koroziji: Kovine so nagnjene k koroziji pri elektrokemijskih reakcijah, zlasti pri dolgotrajni izpostavljenosti vodiku in kisiku. To lahko povzroči oksidacijo in razgradnjo površine, kar skrajša njihovo življenjsko dobo.
- Višji stroški: Visokozmogljive kovine, kot sta nerjaveče jeklo in titanove zlitine, so drage. Poleg tega potreba po površinski obdelavi proti koroziji še dodatno poveča proizvodne stroške.
- Večja teža: V primerjavi z drugimi materiali so kovinske bipolarne plošče težje, kar je lahko omejitev za aplikacije, občutljive na težo (npr. avtomobilska industrija).
Aplikacije
Kovinske bipolarne plošče se običajno uporabljajo v sistemih gorivnih celic, ki zahtevajo visoko trdnost in veliko izhodno moč. Na primer, v velikih sistemih za proizvodnjo energije z gorivnimi celicami ali v industrijski opremi z veliko močjo se kovinske bipolarne plošče pogosto uporabljajo zaradi svoje odlične trdnosti in vzdržljivosti.
2. Grafitna bipolarna plošča
Grafitne bipolarne ploščeso eden najpogosteje uporabljenih materialov v gorivnih celicah. Grafit sam po sebi kaže odlično električno prevodnost, odpornost proti koroziji in stabilnost pri visokih temperaturah. Z napredkom tehnologije predelave grafita so grafitne bipolarne plošče postopoma postale prevladujoče v uporabi v gorivnih celicah.
Prednosti
- Odlična odpornost proti koroziji: Grafit kaže izjemno odpornost na vodik, kisik in kisla okolja, kar omogoča grafitnim bipolarnim ploščam, da ohranjajo stabilno delovanje tudi pri dolgotrajni uporabi.
- Nizka teža: Zaradi nizke gostote grafita so grafitne bipolarne plošče lahke, zaradi česar so idealne za aplikacije, občutljive na težo, kot so vozila na gorivne celice (FCEV).
- Visoka prevodnost: Grafitova vrhunska električna prevodnost prispeva k izboljšani splošni učinkovitosti baterije.
Slabosti
- Krhkost: Grafit je relativno krhek in nima žilavosti, zaradi česar je nagnjen k razpokanju pod visokim pritiskom ali močnimi vibracijami.
- Zapletena obdelava: Čeprav je grafit strojno obdelljiv, izdelava grafitnih bipolarnih plošč zahteva visoko natančno izdelavo, ki jo je težko nadzorovati. Poleg tega uporaba maziv med proizvodnjo povečuje stroške.
- Absorpcija vlage: Grafit je higroskopičen in kopičenje vlage lahko negativno vpliva na njegovo prevodnost in odpornost proti koroziji, zlasti v vlažnih okoljih.
Aplikacije
Grafitne bipolarne plošče se pogosto uporabljajo v majhnih do srednje velikih sistemih gorivnih celic, zlasti v transportnih aplikacijah, kot so električna vozila na gorivne celice (FCEV). Zaradi svoje lahke teže in odpornosti proti koroziji so zelo primerne za te scenarije.
3. Kompozitna grafitna bipolarna plošča
Bipolarne plošče iz kompozitnega grafita so nova vrsta kompozitnega materiala, ki nastane z združevanjem grafita z drugimi materiali (kot so smole in ogljikova vlakna). Prednost kompozitnega grafita je v njegovi sposobnosti, da ohrani prednosti grafita, hkrati pa kompenzira njegovo krhkost in težave pri obdelavi z dodatkom drugih materialov.
Prednosti
- Izboljšana mehanska trdnost: Z vključitvijo drugih materialov kompozitni grafit izboljša mehansko trdnost surovin, zmanjša krhkost grafita in zmanjša tveganje zloma.
- Odlična odpornost proti koroziji: Kompozitni grafit ohranja vrhunsko odpornost proti koroziji, zaradi česar je idealen za dolgotrajno izpostavljenost kislemu okolju.
- Nižja teža in stroški: Z manjšo težo in nadzorovanimi proizvodnimi stroški ponuja kompozitni grafit boljšo stroškovno učinkovitost kot kovinski materiali.
Slabosti
- Kompleksna obdelava: Kljub prednostim v delovanju zahteva proizvodnja kompozitnega grafita napredno tehnologijo, zagotavljanje enakomernosti materiala pa ostaja izziv, kar lahko vpliva na stabilnost bipolarne plošče.
- Rahlo zmanjšana prevodnost: Dodatek drugih materialov lahko nekoliko zmanjša skupno prevodnost, kar vpliva na učinkovitost gorivnih celic v primerjavi s čistim grafitom.
Aplikacije
Bipolarne plošče iz kompozitnega grafita se pogosto uporabljajo v sistemih gorivnih celic, ki zahtevajo visoko mehansko trdnost in dolgo življenjsko dobo, zlasti v transportu, prenosnih sistemih za proizvodnjo energije in rezervnih napajalnih sistemih. Z nenehnim tehnološkim napredkom se njihove možnosti uporabe hitro širijo.
Čas objave: 25. september 2025